Устройство для ультразвукового контроля труб Советский патент 1989 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к устройствам для неразрушающего контроля качества изделий и может быть использовано для ультразвукового контроля качества труб разного диаметра с различной конфигурацией сечения, а также неразъемных соедннений боковой поверхности труб с пластинами.

Целью изобретения является повышение качества и производительности при контроле труб в вертикальном положении за счет повышения чувствительности контроля путём применения фокусирующего рефлектора, размещаемого в процессе контроля внутри трубы и перемещающегося в ней.

На фиг. 1 схематически изображено устройство для ультразвукового контроля труб; на фиг. 2 - поперечное сечение плоской трубы, которую позволяет контролировать устройство; на фиг. 3 - отражающая поверхность отражения рефлектора;.на фиг. 4 - часть отражающей поверхности рефлектора; на фиг. 5 - устройство для ультразвукового контроля труб, общий ввд; на фиг. 6 - вид по стрелке А на фиг. 5.

Устройство для ультразвукового контроля труб содержит основание 1, закрепленный на нем ультразвуковой преобразователь 2, штангу 3 с рефлекел ел

тором 4 на ее конце для размещения в контролируемой трубе в процессе контроля, прнвод 5 перемещения штанги 3, регистратор дефектов, узел крепления трубы в вертикальном положении, выполненный в ввде жестко закрепленной на основании 1 стойки 6 с кронштейном 7 для соединения с приводом 5, кронштейном 8 для соединения с концом контролируемой трубы и кронштейном 9, уравнительный сосуд 10, соединенный с кронште йном 8, закрепленный параллельно штанге 3 и соединяемый в процессе контроля с полостью контролируемой трубы, заполняемой в процессе контроля иммерсионной жидкостью 11, узлом 12 уплотнения в виде манжеты для герметизации внутренней полости трубы относительно основания 1; регистратор выполнен в виде планшета 13 с бумагой 14 для регистрации и двух жестко соединенных со штангой 3 стержней 15, 16с пишущими перьями 17, 18, при этом ультразвуковой преобразователь 2 установлен на основании соосно узлу 12 уплотнения, а рефлектор выполнен по форме поверхности параболоцца вращения о

Кроме того, устройство для ультразвукового контроля труб содержит вал 19 привода 5, дополнительную уплотни тельную манжету 20, устанавливаемую в процессе контроля на контролируему трубу со стороны штанги 3, дефектоскоп 21 с блоком 22 питания и регистрирующим устройством 23.

Позицией 24 обозначено контролируемое изделие - труба, позицией 25 - шины контролируемой трубы 24„

Устройство для ультразвукового контроля труб работает следующим образом.

Перед началом контроля трубу 24 устанавливают одним концом на основание 1 в зоне размещения ультразвукового преобразователя 2, герметизируют относительно основания 1 с помощью узла 12 уплотнения в виде манжеты и закрепляют сверху к кронштейну 8, после чего сверху же ставится на трубу дополнительная уплотнитель- иая маижета 20. Одновременно проверяют и при необходимости закрепляют уравнительный сосуд 10 к кронштейну 9, после чего заполняют контролируемую трубу 24 иммерсионной жидкостью 11, которая одновременно подается в

уравнительный сосуд 10 для контрол за ее высотой в контролируемой трубе 24. Затем включают привод 5, закрепленный на кронштейне 7 стойки 6, который через вал 19 производит перемещение штанги 3 с закрепленным на ней рефлектором 4 внутри трубы 24. При этом одновременно включаются в

работу от блока 22 питания регистрирующее устройство 23, дефектоскоп 21 и ультразвуковой преобразователь 2, сигналы от которого попадают на рефлектор 4, а от него - на контролируемую трубу 24 и соединенные с ней шины 25, воспринимаются преобразователем 2 и поступают на дефектоскоп . Одновременно с перемещением штанги 3 происходит перемещение жестко

соединенных с ней стержней 15, 16, на концах которых закреплены перья 17, 18, делающие отметки результатов контроля на бумаге 14 планшета 13.

Особого внимания заслуживает рефлектор 4, который выполнен по форме параболоида вращения. Полная длина его определяется по формуле

30

Ь„ .0/Ь)( ) + 2,

длина рефлектора в вершине параболы - по формуле

35

) г

а длина части рефлектора вблизи оси плоской трубы - по формуле

LO 2а( of ч- 1), где L S;

h - мгшая ось сечения плоской

трубы 24;

Н - эксцентриситет сечения плоской трубы 24;

а, - радиус пьезоднска поршневого излучения преобразователя 2. При этом первым существенным приз- наком, отличающим заявленное решение от прототипа, является компактное выполнение устройства.

Вторым существенным признаком является применение рефлектора 4, вы- полненного в виде параболовда вращения.

Третьим существенным признаком является вьлолнение рефлектора 4 с

параметрами, определяемыми по формулам :

Lp (o(h)(c( + 1) h/4; L (a,/h)(ao + h) h/A;

Lo - 2ao(c(+ 1), где Lp, - длина рефлектора 4;

L. - длина рефлектора 4 в вершине параболы; LO - длина части рефлектора 4

вблизи оси плоской трубы 24 h - малая ось сечения плоской

трубы 24; Н - эксцентриситет сечения

плоской трубы 24;

а - радиус пьезодиска поршневого излучателя преобразователя 2,

Фокусировка позволяет повысить чувствительность контроля, уменьшить отношение помеха/сигнал, повысить разрешающую способность. Фокусирование по линии окружности позволяет повысить производительность контроля путем одновременного озвучивания всего сечения шва без дополнительных вращений рефлектора. На фиг, 3 изображена форма поверхности отражения, представляющая собой параболоид, образующийся при вращении параболы, фокальная плоскость которой проходит через начало координат и совпадает с плоскостью XOZ, вокруг оси OY. При этом вершина параболы описьшает окружност радиусом 2Р, равным параметру параболы По такой же окружности располагаются и точки F фокуса семейства парабол. Поверхность такого конуса может быть описана уравнением

2Р) 4Р(Р + Y) (1)

(Vx + Z +

Размер а определяется из уравнения (1), если принять Z а, . При этом получим уравнение параболы в плоскости YOZ:

Y b (Z + 2Р ) 4Р(Р + Y) 2 а)

(2)

Для определения размера с необходимо в уравнении (1) предположить, что Z О, X Со Тогда получим уравнение параболы в плоскости XOY:

(X + 2Р) 4Р(Р + Y) В плоскости XOY с а.

X с Y b

Параболический конус може-t быть использован для получения линейного фокуса, расположенного по окружности, что важно при контроле труб 24, хотя бы частично имеющих в поперечном сечении окружность. Лучи направляются вдоль оси трубы (ось OY в отрицательную сторону) и фокусируются по линии F.

В случае контроля трубы 24 круглого сечения целесообразно использовать параболический конус высотой b « Р, Но, если сечение трубы 24 не круглое, а, например, щелевцдное (плоская труба), то такой рефлектор 4 приводит к значительные потерям энергии при вершине и уменьшенно размеров рефлекторов 4. В этом случае целесообразно применить часть поверхности конуса. Так, для трубы 24 с параметрами: Н - эксцентриситет, h - малая ось сечення (фиг. 2) рефлектор 4 должен иметь размеры: 2Р

25

h 2

Н; с « -; при этом ось OY

проходит вдоль оси трубы 24 через точку о .

Акустическая ось излучателя проходит параллельно оси OY через точку 0. Из уравнения (2) будем иметь

b Y

I).

(4)

35 Если обозначить

h

то получим

Ь « (о(+ l)h.(5)

Тогда полная длина L рефлектора 4 определяется из выражения L (ih)(a(+ О + J,

(6)

50

откуда видно, что полная длина реф- с лектора 4 растет в квадратичной зависимости от отношения d. Для окружности о О полная длина рефлектора 4 будет равна 7, а для плоской трубы 24

с она возрастает более чем в 100 раз. Увеличение .„ приводит к увеличению неконтролируемого участка шва по концам трубы 24. Тогда для плоской трубы 24 необходимо выбирать рефлектор длиной L из соображений максимума отраженной энергии (L Ц) и минимума неконтролируемых участков по концам трубы (L- min). Для сравнительно больших абсолютных значений

55

h (10.,«12) 23 целесообразно направить акустическую ось излучения вдоль оси трубы 24 через точку О (фиг. 2). Длину L можно определить.

(1)

а а„; Y

b;

S.(a.

h)

h 4

(7)

где а - радиус пьезодиска поршневого излучателя.

Зачастую конструктивно удобнее иаправлять акустическую ось по оси трубы 24 через точку О (фиг 2). Тогда используется часть рефлектора 4 (фиг. 4):Ь„ У г- У,.

Из уравнения (2) будем иметь

(й + а,+ 2Р) - 4Р

V™ ,

YZ -4

(| - а„ -ь 2)- 4Р

4Р

преобразования получим .Н

2a,(ij

+ 1)

(8)

или

L 2а„(о;+ 1)

(9)

Из (9) видно, что щелевидность трубы 24 (о) сказывается на L незначительно (прямая пропорциональность). Основное неудобство заключается в том, что линия фокуса находится далеко за рефлектором 4 на расстоянии Y, следовательно, контролируемый участок будет значительным. Этого можно избежать, если предусмотреть технологический участок, где проходил бы рефлектор 4. Достоинство: при значительном Н на участке L рефлектор 4 можно аппроксимировать, что технологически более просто о

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство имеет следующие

преимущества: использование параболического конуса в устройстве для ультразвукового контроля труб поз- воляет получить линейный фокус, расположенный по окружности, фокусировка позволяет повысить чувствительность контроля, уменьшить отношение помеха/сигнал, повысить разрешающую

способность; фокусирование по линии окружности позволяет повысить производительность контроля путем одновременного озвучивания всего сечения шва без дополнительных вращений рефлектора 4 о

Формула изобретения

1„ Устройство для ультразвукового контроля труб, содержащее основание, закрепленный на нем ультразвуковой преобразователь, штангу с фокусирующим рефлектором на ее койце для размещения в контролируемой трубе, привод перемещения штанги и регистратор

дефектов, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения качества и производительности при контроле труб в вертикальном положении, оно снабжено узлом крепления трубы в вертикальном положении, выполненным в виде жестко закрепленной на основании стойки с кронштейнами для соединения с приводом, с одним концом трубы и с уравнительным сосудом,.

закрепленным параллельно штанге, и соединяемым с полостью контролируемой трубы, заполняемой перед началом контроля иммерсионной жццкостью, узлом уплотнения в виде манжеты для

герметизации внутренней полости трубы относительно основания, регистратор вьшолнен в виде планшета с бумагой для регистрации и двух жестко соединенных со штангой стержней с

пишущими перьями, а ультразвуковой преобразователь установлен на основании соосно с главной осью фокусирующей поверхности рефлектора.

2. Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что рефлектор выполнен в форме поверхности параболоида вращения.

Изобретение относится к устройствам для неразрушающего контроля качества изделий. Целью изобретения является повышение качества и производительности при контроле труб в вертикальном положении за счет повышения чувствительности контроля путем применения рефлектора, перемещаемого в процессе контроля вдоль оси трубы. Устройство содержит основание с закрепленным на нем ультразвуковым преобразователем, узел уплотнения контролируемой трубы относительно основания в зоне установки ультразвукового преобразователя, штангу с рефлектором на конце и регистратор. В процессе контроля труба заполнена иммерсионной жидкостью, штанга с рефлектором перемещается по оси трубы, сигналы от ультразвукового преобразователя воспринимаются рефлектором и направляются на контролируемую трубу, а результаты контроля регистрируются с помощью регистриратора. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

tpup.i

gju.2

пз

(fuf.S

т

л.

У

AuffA

(puf.S